珊瑚幼虫共生关系碳氮循环研究取得新进展

中国科学院南海海洋研究所珊瑚生物学和珊瑚礁生态学学科组与厦门大学、香港科技大学等单位合作，在珊瑚浮浪幼虫共生关系碳氮循环研究领域取得新进展，研究成果以“Symbiodiniaceae algal symbionts of Pocillopora damicornis larvae provide more carbon to their coral host under elevated levels of acidification and temperature”为题，发表在Nature Portfolio旗下Communications Biology期刊。论文共同第一作者为助理研究员孙有方和厦门大学近海海洋环境科学国家重点实验室博士盛华夏，通讯作者为香港科技大学教授钱培元和南海海洋所研究员黄晖，合作作者包括厦门大学教授高树基和洛桑联邦理工学院博士Nils Rädecker等。

珊瑚宿主和虫黄藻之间的营养循环在维持稳定的共生关系中起着至关重要的作用。虫黄藻通过光合作用合成有机碳并将其传递给宿主，而宿主则为虫黄藻提供含氮营养物质。在正常环境下，共生虫黄藻处于“氮限制”状态，避免过度繁殖影响共生关系和共生体健康。然而，在环境胁迫下，共生虫黄藻会可能会保留更多的有机碳以支持自身的生长，导致宿主受到一定程度的“碳限制”，影响共生关系和共生体健康。因此，碳和氮在的珊瑚宿主与虫黄藻之间的稳定循环对于维持稳定的共生关系至关重要。

浮浪幼虫阶段通常被视为珊瑚生活史中的一个关键时期，标志着从自由游动的形式向附着的珊瑚幼体阶段过渡，是珊瑚种群补充和珊瑚礁生态系统恢复的关键。因此，了解幼虫对环境胁迫的响应，对于预测珊瑚未来的发展轨迹显得尤为重要。

研究人员通过合理设置室内控制实验，将鹿角杯形珊瑚幼虫暴露于酸化组 （pCO₂为1000 µatm，水温为29℃）、高温组 （pCO₂为480 µatm，水温为32℃）、高温酸化组 (pCO₂为1000 µatm，水温为32℃) 和对照组 （pCO₂为480 µatm，水温为29℃） 等4个处理组内，探究环境胁迫对幼虫共生体生理以及幼虫宿主和共生虫黄藻间碳和氮的同化、传递和留存的影响。结果显示，各处理组暴露期间幼虫存活率和附着率均未受到显著影响，而幼虫在暴露期内也未发生白化现象。然而，酸化和高温的暴露均增加了幼虫共生体（珊瑚宿主-共生虫黄藻）的净光合作用和总光合作用。随后，通过碳、氮同位素示踪实验显示，酸化和高温暴露均增加了幼虫共生体的碳同化量，主要体现在幼虫宿主碳同化量增加上，表明共生虫黄藻传递较多碳至宿主代谢利用 (图 1A)；氮的同化模式和碳模式相似（图 1B）。珊瑚幼虫宿主碳可利用性增加，表明幼虫宿主和共生虫黄藻共生关系出现增强现象，可能是珊瑚幼虫可以抵御一定程度海水升温的原因之一。

珊瑚与共生虫黄藻之间营养循环关系的破坏被认为是珊瑚白化发生的重要原因之一。本研究表明，在实验暴露期间，酸化和高温并未对鹿角杯形珊瑚幼虫共生关系和生理表现产生负面影响，并为揭示珊瑚幼虫抵抗环境胁迫以避免损害这一敏感的早期生命阶段的共生关系提供了新见解。

图 1 鹿角杯形珊瑚幼虫在环境胁迫下的碳氮传递关系

注： Control：对照组，High pCO₂：酸化组，High T：高温组，Combined：高温酸化组；灰色部分对应共生虫黄藻同化量，颜色部分代表对应处理组内幼虫宿主同化量。

该研究获得国家自然科学基金联合基金项目、青年基金项目、近海海洋环境科学国家重点实验室访问学者基金和广州市基础应用基础研究专项基金等联合资助。

相关论文信息：Sun Youfang,Sheng Huaxia,Rädecker Nils,Lan Yi,Tong Haoya,Huang Lintao,Jiang Lei,Diaz-Pulido Guillermo,Zou bobo,Zhang Yuyang,Kao Shuh-Ji,Qian Pei-Yuan,and Huang Hui. Symbiodiniaceae algal symbionts of Pocillopora damicornis larvae provide more carbon to their coral host under elevated levels of acidification and temperature. Communications Biology 7,1528 (2024).

论文链接：https://doi.org/10.1038/s42003-024-07203-4